ABB ACS5000中壓變頻器在重慶珞璜電廠的應(yīng)用分析

1 概述

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于電力的需求日益增加，全國(guó)電力工業(yè)一直保持著快速增長(zhǎng)的勢(shì)頭。截至2006 年底，我國(guó)電力工業(yè)全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到6.22 億kW，同比增長(zhǎng)20.3%?；痣娺_(dá)到4.84 億kW，約占總?cè)萘?7.82%，同比增長(zhǎng)3.7%;而這一數(shù)字到2007 年底已經(jīng)達(dá)到了7.13億kW，預(yù)計(jì)到2008年年底，全國(guó)電力裝機(jī)容量將突破8 億kW，而其中火電機(jī)組將占到78%[1]。

隨著大批電源項(xiàng)目的相繼建成投產(chǎn)，電力供需形勢(shì)進(jìn)一步緩和，發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)大幅回落。從2006年開始，全國(guó)加快電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，優(yōu)化節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)調(diào)度，加大科學(xué)、精細(xì)和對(duì)標(biāo)管理實(shí)施力度，電力行業(yè)節(jié)能降耗取得持續(xù)進(jìn)展。2006年全國(guó)供電煤耗為366 g/kW·h，比2005 年降低4 g/kW·h;電網(wǎng)輸電線路損失率比2005 年減少0.1個(gè)百分點(diǎn)，降為7.08%。

由于電力生產(chǎn)的特殊性，決定了電力生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種設(shè)備需要根據(jù)最大生產(chǎn)能力來(lái)進(jìn)行配置，而不能根據(jù)平均的電力需求配置系統(tǒng)[2]。在電力生產(chǎn)中，電力生產(chǎn)的最大生產(chǎn)能力是根據(jù)主機(jī)(鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī))的出力決定的，輔機(jī)(各種風(fēng)機(jī)、水泵及其驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電氣控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)等)是根據(jù)主機(jī)的情況配置的。在設(shè)計(jì)過(guò)程中均考慮一定的裕量，因此造成在實(shí)際運(yùn)行中，風(fēng)機(jī)和水泵均需要調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的流量調(diào)節(jié)方式是節(jié)流，但是存在反應(yīng)慢、調(diào)節(jié)精度低、能耗大等問題，而中壓變頻因其調(diào)節(jié)性能優(yōu)良、節(jié)能效果好等因素，正逐漸應(yīng)用到電廠中的風(fēng)機(jī)、水泵等的流量調(diào)節(jié)中[3-4]。

通過(guò)對(duì)近幾年的中壓變頻應(yīng)用情況的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，發(fā)電廠中冷凝泵輔機(jī)具有很大的節(jié)能空間和變頻應(yīng)用前景。

2 運(yùn)行工況

凝結(jié)水系統(tǒng)采用中壓凝結(jié)水精處理系統(tǒng)，每臺(tái)發(fā)電機(jī)設(shè)2伊100豫容量立式凝結(jié)水泵，其中一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。為節(jié)能降耗，降低廠用電率，2008年8 月對(duì)凝泵進(jìn)行了中壓變頻器控制改造，變頻器選用的是ABB的變頻器。通過(guò)收集和反復(fù)的方案論證，為了追求最大的節(jié)能效果，同時(shí)方便運(yùn)行操作和檢修維護(hù)，凝泵改變頻采用一拖二的控制方式，即一臺(tái)發(fā)電機(jī)的兩臺(tái)凝泵共享一臺(tái)變頻器，通過(guò)6個(gè)旁路刀閘來(lái)切換。

中壓變頻器與6 kV 開關(guān)連接，為了充分保證系統(tǒng)的可靠性，變頻器加裝工頻旁路刀閘。當(dāng)凝泵電機(jī)變頻運(yùn)行時(shí)，凝泵進(jìn)口調(diào)門開度全開，其水量通過(guò)改變凝泵電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié);當(dāng)變頻器故障時(shí)，發(fā)出跳變頻器支路開關(guān)的指令，同時(shí)自動(dòng)切換到備用凝泵的工頻運(yùn)行，恢復(fù)凝泵進(jìn)口調(diào)門的調(diào)節(jié)功能，同時(shí)變頻器轉(zhuǎn)入檢修;當(dāng)變頻器故障處理好后，可以啟變頻器帶一臺(tái)凝泵電機(jī)，這時(shí)另一臺(tái)凝泵工頻運(yùn)行，等變頻器達(dá)到一定轉(zhuǎn)速后，再停工頻運(yùn)行的凝泵。

機(jī)組正常運(yùn)行要保持一臺(tái)凝泵運(yùn)行，同時(shí)考慮變頻器故障時(shí)凝泵之間的切換，改造后既要保留原來(lái)的切換邏輯，還要考慮變頻切工頻及工頻切變頻等各種運(yùn)行方式，相應(yīng)增加了凝泵控制系統(tǒng)的控制邏輯。原來(lái)凝結(jié)器控制是通過(guò)調(diào)門來(lái)維持水位，改變頻后要由變頻器來(lái)控制水位，在低轉(zhuǎn)速時(shí)還得靠調(diào)門來(lái)協(xié)助變頻器維持水壓，以確保低旁減溫等重要用途的需要。

3 水泵變頻節(jié)能原理

3.1 揚(yáng)程特性

揚(yáng)程是單位重量的水通過(guò)水泵所獲得的能量。在工程應(yīng)用中，常常體現(xiàn)為液體上揚(yáng)的高度[3]。

以管路中的閥門開度不變?yōu)榍疤?，表明在某一轉(zhuǎn)速下，水泵的揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系特性為h=f(Q)，稱之為揚(yáng)程特性。如圖1 中的曲線1、2所示。揚(yáng)程反映了水泵出水流量的大小對(duì)供水揚(yáng)程的影響，即水泵的出水流量越大，則管道中的摩擦損耗以及增大流速所需要的揚(yáng)程也越大。故供水揚(yáng)程將越小。揚(yáng)程特性與轉(zhuǎn)速有關(guān)，即水泵的轉(zhuǎn)速下降，其供水能力也下降，揚(yáng)程特性曲線也將下移，如圖1 中的曲線2 所示。

3.2 管阻特性

管阻是閥門和管道系統(tǒng)對(duì)水流的阻力，其與管路的直徑和長(zhǎng)度、管路各部分的阻力系數(shù)，以及液體的流速等因素有關(guān)[3]。

以水泵的轉(zhuǎn)速不變?yōu)榍疤?，表明閥門在某一開度下，供水揚(yáng)程與流量之間的關(guān)系的曲線h=f(Q)，稱之為管阻特性，如圖1 中的曲線3、4 所示。

管阻特性實(shí)際上是管道系統(tǒng)的負(fù)載特性，它表明為了在管路內(nèi)得到一定量的流量，水泵必須提供的揚(yáng)程。如果供水揚(yáng)程小于靜揚(yáng)程，將不能供水。

當(dāng)閥門關(guān)小時(shí)，管阻系數(shù)將增加，管阻也將增大，在揚(yáng)程相同的情況下，流量將減小，管阻特性曲線將上揚(yáng)，如圖1 中的曲線4所示。

揚(yáng)程特性和管阻特性的交點(diǎn)，稱之為供水系統(tǒng)的工作點(diǎn)，如圖1中的A、B、C、D 點(diǎn)，在這些點(diǎn)上，供水系統(tǒng)既符合了揚(yáng)程特性，又符合了管阻特性，因此供水系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)可以穩(wěn)定運(yùn)行。

如果在水泵控制上采用中壓變頻技術(shù)改造后，根據(jù)工藝的要求，通過(guò)改變水泵的轉(zhuǎn)速來(lái)改變揚(yáng)程特性，而管道閥門保持全開放狀態(tài)，管阻特性如曲線3 所示保持不變，這樣就可以使供水系統(tǒng)達(dá)到新的平衡，就可以達(dá)到節(jié)能的目的[3]。

4 系統(tǒng)方案

利用電廠現(xiàn)有的設(shè)備(冷凝泵電機(jī)和凝結(jié)水泵，見表1和2)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改造，沒有單獨(dú)修建機(jī)房，同時(shí)也沒有配備空調(diào)系統(tǒng)，完全采用ABB變頻器本身的散熱系統(tǒng)。電氣控制方式采用DCS集中控制;采用一拖二控制的旁路，設(shè)置兩個(gè)旁路刀閘柜。控制電源采用AC 220 V，兩路供電，自動(dòng)切換。

4.1 系統(tǒng)動(dòng)力方案

系統(tǒng)采用一拖二工頻/變頻手動(dòng)旁路的方案，系統(tǒng)主電路原理圖如圖2 所示。該方案是由6 個(gè)高壓隔離開關(guān)QS1~QS6 組成所示。其中QS1 和QS4，QS2 和QS5 電氣互鎖;QS2 和QS3，QS5 和QS6機(jī)械互鎖。如果兩路電源同時(shí)供電，M1 工作在變頻狀態(tài)，M2 工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS4 和QS5、QS3 分閘，QS1、QS2 和QS6 處于合閘狀態(tài);M2 工作在變頻狀態(tài)，M1 工作在工頻狀態(tài)時(shí)，QS1 和QS2、QS6 分閘，QS4、QS5和QS3處于合閘狀態(tài);如果檢修變頻器，QS3和QS6可以處于任一狀態(tài)，其它隔離開關(guān)都分閘，兩臺(tái)負(fù)載可以同時(shí)工頻運(yùn)行;當(dāng)一路電源檢修時(shí)，可以通過(guò)分合隔離開關(guān)使任一電機(jī)變頻運(yùn)行。

4.2 系統(tǒng)控制方案

變頻系統(tǒng)受DCS 控制，主要接口信號(hào)如下。

1)變頻器與旁路柜需提供30 路開關(guān)量輸出。

(1)變頻器待機(jī)狀態(tài)指示表示變頻器高壓上電自檢正常，具備啟動(dòng)條件。

(2)變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示表示變頻器正在運(yùn)行中。

(3)變頻器控制狀態(tài)指示接點(diǎn)閉合表示變頻器控制權(quán)為現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程控制;接點(diǎn)斷開表示變頻器控制權(quán)為本地變頻器控制。

(4)變頻器輕故障指示表示變頻器產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

(5)變頻器重故障指示表示變頻器發(fā)生重故障，立即關(guān)斷輸出切斷高壓。

(6)1# 電動(dòng)機(jī)高壓合閘允許指示變頻器自檢通過(guò)或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)正常，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效，允許1#高壓開關(guān)操作。

(7)2# 電動(dòng)機(jī)高壓合閘允許指示變頻器自檢通過(guò)或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)正常，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效，允許2#高壓開關(guān)操作。

(8)旁路柜隔離開關(guān)合閘指示表示該操作隔離開關(guān)已處于合閘狀態(tài)，每臺(tái)隔離開關(guān)二路共8路節(jié)點(diǎn)。

(9)旁路柜隔離開關(guān)分閘指示表示該操作隔離開關(guān)已處于分閘狀態(tài)，每臺(tái)隔離開關(guān)二路共8路節(jié)點(diǎn)。

(10)1#電動(dòng)機(jī)在旁路狀態(tài)表示QS2 工頻狀態(tài)合閘，電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

(11)2#電動(dòng)機(jī)在旁路狀態(tài)表示QS4 工頻狀態(tài)合閘，電動(dòng)機(jī)處于工頻旁路狀態(tài)。

以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為AC 220 V、3 A/DC 48 V，3 A。

2)變頻器應(yīng)提供2路模擬量輸出。

(1)變頻器輸出轉(zhuǎn)速(0耀1500 r/min)百分比。

(2)變頻器電機(jī)電流(0耀600 A)。變頻器提供2路DC 4耀20 mA的電流源輸出(變頻器供電)，帶負(fù)載能力均為250 贅。

3)需要提供給變頻器的1 路模擬量是變頻器轉(zhuǎn)速給定值。由現(xiàn)場(chǎng)提供1 路DC 4耀20 mA 二線制電流源輸出(DCS 供電)，帶載能力為250 贅，DC4耀20 mA對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速低高限，呈線性關(guān)系。

4)需要提供給變頻器的3路開關(guān)量如下。

(1)啟動(dòng)指令干接點(diǎn)，最小1 s，最大3 s，脈沖閉合時(shí)有效，變頻器開始運(yùn)行。

(2)停機(jī)指令干接點(diǎn)，脈沖閉合時(shí)有效，變頻器正常停機(jī)。

(3)急停指令干接點(diǎn)，脈沖閉合時(shí)有效，變頻器立即停機(jī)關(guān)斷輸出。

5)變頻器與其它電氣設(shè)備接口。

(1)變頻器給高壓開關(guān)柜的4路信號(hào)如下。

a. 高壓緊急分?jǐn)嘧冾l器出現(xiàn)重故障時(shí)，自動(dòng)分?jǐn)喔邏洪_關(guān)，閉點(diǎn)有效，共2 路。

b. 高壓合閘允許變頻器自檢通過(guò)或系統(tǒng)處于工頻狀態(tài)，具備上高壓條件，閉點(diǎn)有效，共2路。

以上所有數(shù)字量采用無(wú)源接點(diǎn)輸出，定義為接點(diǎn)閉合時(shí)有效。除特別注明外，接點(diǎn)容量均為DC 110 V，2.4 A。

(2)高壓開關(guān)柜給變頻器的2路狀態(tài)信號(hào)是1#、2#高壓開關(guān)分閘信號(hào)，高壓開關(guān)處于分?jǐn)鄷r(shí)，輔助接點(diǎn)閉合，共有2 個(gè)。

5 ACS5000中壓變頻器

目前，主要的中壓變頻器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有三種：串聯(lián)H 橋多電平結(jié)構(gòu)[5-6];中性點(diǎn)箝位(NPC)多電平結(jié)構(gòu)[6-8];電容箝位結(jié)構(gòu)[6-8]。

5.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

ACS5000 變頻器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為電壓型9 電平無(wú)熔斷器(VSI-MF)設(shè)計(jì)逆變器?；谛乱淮β拾雽?dǎo)體器件IGCT 技術(shù)和電壓源型9 電平無(wú)熔斷器設(shè)計(jì)使得ACS5000 變頻器具有與生俱來(lái)的高可靠性?；谥苯愚D(zhuǎn)矩控制(DTC)技術(shù)的ACS5000變頻器根據(jù)工藝的需求可提供精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖3 中可以看出ACS5000 是由三個(gè)相同的功率單元構(gòu)成。功率單元是一種實(shí)現(xiàn)電力頻率變換功能的電力半導(dǎo)體模塊，是中壓變頻器不可或缺的重要組成部分。如圖4 所示，該功率單元主要由三部分構(gòu)成，分別是12 脈沖供電部分(1)、直流環(huán)節(jié)部分(2)和單相H橋式逆變器部分(3)。其主要工作原理：功率單元外部提供的兩個(gè)獨(dú)立的三相交流電通過(guò)12 脈沖供電部分后，變成具有12 脈沖的脈動(dòng)直流電。這種脈動(dòng)的直流電經(jīng)過(guò)直流環(huán)節(jié)部分的濾波和支撐后，形成穩(wěn)定的直流電源從而饋電給單相H橋式逆變器部分。逆變器部分通過(guò)采用先進(jìn)的空間矢量脈沖調(diào)制(SVPWM)模式，控制電力半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通時(shí)序，產(chǎn)生幅值和頻率均可調(diào)的高質(zhì)量的單相交流電。

在該功率單元中，12 脈沖供電部分是由兩個(gè)6 脈沖二極管供電單元串聯(lián)而成，利用功率單元的前級(jí)變壓器提供的兩個(gè)交流電源的角度差，從而消除了電流中的低次諧波，降低了功率單元對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾。這對(duì)改善用電設(shè)備對(duì)電網(wǎng)的諧波干擾具有重要作用。

5.2 技術(shù)特點(diǎn)

ACS5000 的主要技術(shù)特點(diǎn)有：

1)部件數(shù)量最少，可靠性最高;

2)多電平無(wú)熔斷器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，結(jié)合IGCT和DTC技術(shù)使得系統(tǒng)效率最高;

3)功率密度最高，占地面積最小;

4)36 脈沖配置，最優(yōu)化的電網(wǎng)友好性;

5)效率高，安裝、調(diào)試及維護(hù)簡(jiǎn)單使得擁有的成本最低;

6)DTC 的無(wú)與倫比的控制性能;

7)適用于標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)。[!--empirenews.page--]

5.2.1 IGCT功率半導(dǎo)體器件

IGCT[7-8]是在GTO 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型復(fù)合型器件，兼有IGBT和GTO 兩者的優(yōu)點(diǎn)，又克服了兩者的不足，是一種較為理想的MW級(jí)中壓開關(guān)器件。具有低開關(guān)損耗、低通態(tài)損耗、無(wú)需緩沖電路、集成續(xù)流二極管、高可靠性等眾多優(yōu)點(diǎn)。

與IGBT相比，IGCT的通態(tài)壓降更小，額定承受壓降更高，通過(guò)電流更大;與GTO 相比，IGCT的體積更小，便于和反并聯(lián)二極管集成在一起，這樣就大大地簡(jiǎn)化了電壓源型逆變器的結(jié)構(gòu)，提高了裝置的可靠性。ABB 公司推出的IGCT 為單片器件，不再使用焊接或者鍵合導(dǎo)線，而是采用了獨(dú)立的彈簧壓力封裝技術(shù)。這一技術(shù)使得器件對(duì)壓力不對(duì)稱的敏感程度大為降低。因此對(duì)器件安裝所需的機(jī)械技術(shù)指標(biāo)有更高的容差，同時(shí)允許更高的安裝緊固壓力。所有這些技術(shù)都大大提高了器件在高壓大功率場(chǎng)合的可靠性。

5.2.2 無(wú)熔斷器設(shè)計(jì)

ACS5000 是一種無(wú)需熔斷器保護(hù)的中壓交流變頻器，其采用逆變器的IGCT 進(jìn)行保護(hù)。與熔斷器相比，IGCT 為功率部件提供了更加快速、可靠的保護(hù)。其關(guān)斷時(shí)間為25 滋s，比傳統(tǒng)的快速熔斷器快100 倍?？梢杂行У貙⒐收峡刂圃谠O(shè)備本體內(nèi)，不會(huì)對(duì)上級(jí)電網(wǎng)或更高一級(jí)電網(wǎng)造成影響。

5.2.3 網(wǎng)側(cè)友好性

ACS5000 的輸入側(cè)采用36 脈沖二極管整流，對(duì)電網(wǎng)具有友好性。對(duì)電網(wǎng)側(cè)的諧波完全滿足IEEE-519 和GB/T14549 諧波標(biāo)準(zhǔn)。其網(wǎng)側(cè)電壓和電流波形如圖5 所示。

5.2.4 隔離變壓器

隔離變壓器的幾個(gè)二次繞組向變頻器供電。為了達(dá)到36 脈沖方式的相移，要求使用多繞組變壓器。變壓器的另一個(gè)目的是提供足夠的阻抗將網(wǎng)側(cè)諧波限制在IEEE519-1992 和GB/T14549-93所要求的限值范圍內(nèi)。對(duì)于36 脈沖方式，隔離變壓器有6 個(gè)二次繞組，采用延邊三角形或曲折接法，滿足36 脈沖輸入整流橋的要求。根據(jù)使用場(chǎng)所的具體要求，可采用單獨(dú)安裝的變壓器，或?qū)τ谛」β实目刹捎眉勺儔浩鳌?/p>

5.2.5 輸入整流橋

輸入整流橋向直流母排提供直流電壓和電流，包括三套獨(dú)立的串聯(lián)12 脈波整流橋。

5.2.6 安全接地開關(guān)

為了確保運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)變頻器進(jìn)行維護(hù)時(shí)的人身安全，所有帶高壓電的柜門都與安全接地開關(guān)聯(lián)鎖，確保在進(jìn)行維護(hù)之前供電電源已經(jīng)切斷，而且所儲(chǔ)存的電能(例如直流回路電容組的電能)已經(jīng)釋放掉。安全接地開關(guān)閉合時(shí)，將直流母排上的正端、中性點(diǎn)和負(fù)端的母線接地。

5.2.7 長(zhǎng)壽命直流電容器

在直流回路中，使用了先進(jìn)的、自愈式且環(huán)保的金屬箔電容器，這種電容器是按照長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)的。與不可靠且維護(hù)量大的電解式直流電容器設(shè)計(jì)相比，ABB利用該技術(shù)使其明顯與眾不同。直流回路電容對(duì)整流橋的輸出進(jìn)行濾波，使其成為低阻抗的電壓源供逆變器工作。

5.2.8 di/dt電抗器

變頻器中有兩個(gè)電抗器，用來(lái)限制輸入到逆變器電路中相應(yīng)的上、下兩部分電流的上升率，以防止IGCT 承受過(guò)高的di/dt。當(dāng)直接接在直流回路上的一個(gè)IGCT導(dǎo)通時(shí)，從直流回路上吸取的電流迅速增加，在很短的時(shí)間內(nèi)(幾滋s)，電抗器產(chǎn)生一個(gè)反電勢(shì)阻止電流的增大，從而有效地限制了di/dt。

與每個(gè)電抗器相關(guān)的二極管、電阻和電容器組將電抗器在上述過(guò)程中儲(chǔ)存的能量釋放掉，并且，當(dāng)逆變器中IGCT 在關(guān)斷時(shí)，防止過(guò)高的電壓加到IGCT上。

5.2.9 EMC濾波器

逆變器的輸出直接接到一組EMC 濾波器上，該濾波器對(duì)逆變器的輸出進(jìn)行濾波并消除高頻電壓成分，這樣大大地減少了加到電動(dòng)機(jī)的電壓的諧波含量，允許使用標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)機(jī)。所有dv/dt 的影響也大大地削弱，因此電動(dòng)機(jī)出線端的電壓振蕩問題也消除了。電機(jī)電壓電流波形如圖6 所示。

5.2.10 電子控制裝置

ACS5000 為全數(shù)字智能型變頻器，其控制核心主要由兩塊電子線路板(AMC-33電機(jī)與應(yīng)用控制板和INT系統(tǒng)接口板)來(lái)完成。AMC-33負(fù)責(zé)邏輯運(yùn)算、DTC電機(jī)模型計(jì)算以及與DTC 算法相關(guān)的控制環(huán)的處理，INT 負(fù)責(zé)產(chǎn)生IGCT 門極觸發(fā)信號(hào)和處理傳動(dòng)系統(tǒng)控制和保護(hù)的電壓和電流信號(hào)。

AMC-33主控板和INT接口板均采用DSP數(shù)字信號(hào)處理器(主頻150 MHz)和ASIC特殊應(yīng)用集成電路，以滿足高速和可靠的控制技術(shù)的工藝要求。系統(tǒng)采用光纖通訊以確保高水平的噪聲抑制。

5.2.11 柜門機(jī)電聯(lián)鎖

功率單元的柜門與接地開關(guān)以及主電路斷路器機(jī)電聯(lián)鎖，從而保證只有在斷開主電源，直流電容放電結(jié)束并且接地開關(guān)接地后，功率單元的柜門才能打開。同樣，只有在關(guān)好柜門并且接地開關(guān)處于斷開狀態(tài)，才能閉合主回路斷路器給變頻器上電。

5.3 控制方式

ACS5000 采用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)[7-8]。直接轉(zhuǎn)矩控制DTC(Direct Torque Control)系統(tǒng)，又稱直接自控制系統(tǒng)DSR(德文Direkte Selbstregelung)。

它是在轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，利用轉(zhuǎn)矩反饋直接控制電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，因而得名。

直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)是交流傳動(dòng)的一種獨(dú)特的電機(jī)控制方式。逆變器的開關(guān)狀態(tài)由電機(jī)的核心變量———磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制。測(cè)量的電機(jī)電流和直流電壓作為自適應(yīng)電機(jī)模型的輸入，該模型每25 滋s 產(chǎn)生一組精確的轉(zhuǎn)矩和磁通的實(shí)際值。電機(jī)轉(zhuǎn)矩比較器將轉(zhuǎn)矩實(shí)際值與轉(zhuǎn)矩給定調(diào)節(jié)器的給定值作比較，磁通比較器將磁通實(shí)際值與磁通給定調(diào)節(jié)器的給定值作比較。依靠來(lái)自這兩個(gè)比較器的輸出，優(yōu)化脈沖選擇器決定逆變器的最佳開關(guān)狀態(tài)。

DTC 的控制周期為25 滋s，其響應(yīng)速度是目前最好的交流傳動(dòng)的10 倍，直流傳動(dòng)的100 倍;而且具有高動(dòng)態(tài)精度和靜態(tài)精度，快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)。

DTC 控制所具有的零速滿轉(zhuǎn)距的高啟動(dòng)轉(zhuǎn)距特性，適用于傳送帶設(shè)備和擠壓機(jī)應(yīng)用，具備高過(guò)載能力，因而也適用于窯應(yīng)用。

6 改造效果及性能評(píng)價(jià)

對(duì)華能珞璜電廠5裕機(jī)凝泵的變頻器改造，于2008 年8 月11 日開工，9 月3 日調(diào)試完成。9 月10 日開機(jī)，運(yùn)行觀察幾天后，電廠發(fā)電部反映節(jié)能效果明顯。

現(xiàn)結(jié)合改造前和改造后凝泵電機(jī)的電流，簡(jiǎn)要計(jì)算5裕機(jī)凝泵的節(jié)能效果，如表3 所列。

從表中可以看出，在發(fā)電機(jī)的負(fù)載不高于500 MW情況下，凝泵變頻器節(jié)電率都高于40%，即便發(fā)電機(jī)滿發(fā)狀態(tài)，節(jié)電率也高達(dá)34豫。

5裕機(jī)變頻器安裝在三期汽機(jī)房?jī)?nèi)，沒有專門修建房間，也沒有配空調(diào)制冷，所以節(jié)電率是凈的節(jié)電率。

華能珞璜電廠一期機(jī)組(1裕機(jī)、2裕機(jī))和二期機(jī)組(3裕機(jī)、4裕機(jī))都是成套引進(jìn)法國(guó)ALSTOM 的360 MW機(jī)組，三期機(jī)組(5裕機(jī)、6裕機(jī))選用的是國(guó)產(chǎn)600 MW機(jī)組。

在對(duì)5裕機(jī)凝泵進(jìn)行變頻器技術(shù)改造之前，電廠已經(jīng)在一、二期機(jī)組的凝泵和引風(fēng)機(jī)上進(jìn)行了變頻控制改造，都為變頻器修建了專門的房間，配備了制冷空調(diào)。一個(gè)變頻器房間的設(shè)計(jì)修建費(fèi)用需10~15 萬(wàn)元，空調(diào)按凝泵電機(jī)容量的3豫考慮，那么5裕機(jī)2 200 kW的電機(jī)，需配備30P 的空調(diào)，按市場(chǎng)價(jià)買3 臺(tái)10P的空調(diào)，約需6 萬(wàn)元。

假設(shè)機(jī)組年平均運(yùn)行小時(shí)按5 000 小時(shí)計(jì)算，其中2/3 時(shí)間使用空調(diào)，那么30P的空調(diào)耗電約20 萬(wàn)kW·h，折合人民幣7萬(wàn)元。

再假設(shè)每年運(yùn)行5 000 小時(shí)都是帶500 MW的負(fù)載，那么每年使用變頻器的直接節(jié)電為426萬(wàn)kW·h，折合人民幣約150 萬(wàn)元，這樣只需一年半就能收回整個(gè)變頻器改造項(xiàng)目的投資。

這樣，5裕機(jī)凝泵變頻器不專門修建房間，不配空調(diào)，僅基建費(fèi)用就可省20 萬(wàn)元左右。每年節(jié)約空調(diào)運(yùn)行耗電費(fèi)用7 萬(wàn)元，而變頻器直接節(jié)電節(jié)約的費(fèi)用高達(dá)150 萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠中的輔機(jī)是很重要的設(shè)備。通過(guò)對(duì)華能珞璜電廠中的冷凝泵采用ABB ACS5000 中壓變頻，從應(yīng)用情況的統(tǒng)計(jì)分析可以看出，發(fā)電廠中冷凝泵輔機(jī)具有很大的節(jié)能空間和變頻應(yīng)用前景，尤其是國(guó)產(chǎn)機(jī)組，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院考慮的容量較保守，裕量較大，所以國(guó)產(chǎn)機(jī)組的輔機(jī)進(jìn)行變頻技術(shù)改造的節(jié)能空間更大。本案例對(duì)電廠的冷凝泵進(jìn)行的變頻改造，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行測(cè)量結(jié)果表明動(dòng)靜態(tài)性能大幅度提升，節(jié)能效果明顯，節(jié)電率超過(guò)40%。